FR3134335A1 - Process for manufacturing a waterproof isotropic part by deposition of fused wire. - Google Patents
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Abstract
Procédé de fabrication d’une pièce isotrope étanche par dépôt de fil fondu. L’invention concerne un procédé de fabrication d’une pièce (40) en matériau polymérique comprenant au moins les étapes suivantes : Une étape de fabrication (S1) d’une ébauche (10) de la pièce par un procédé de dépôt de fil fondu, l’ébauche de la pièce comprenant une pluralité de filaments 11 dudit matériau polymérique ;Une étape d’introduction (S2) l’ébauche de la pièce dans un bain de poudre, de sorte que l’ensemble des surfaces externes de l’ébauche de la pièce soit au contact de la poudre ; Une étape de compactage (S3) du bain de poudre comprenant l’ébauche de la pièce ; puis Une étape de traitement thermique (S4) de l’ébauche de la pièce à une température comprise entre Tg+10°C et Tg+90°C, où Tg est la température de transition vitreuse du matériau polymérique, pour obtenir la pièce en matériau polymérique Figure pour l’abrégé : Fig. 4Process for manufacturing a waterproof isotropic part by deposition of fused wire. The invention relates to a method of manufacturing a part (40) of polymeric material comprising at least the following steps: A step of manufacturing (S1) a blank (10) of the part by a fused wire deposition process , the blank of the part comprising a plurality of filaments 11 of said polymeric material; A step of introducing (S2) the blank of the part into a powder bath, so that all of the external surfaces of the blank of the part is in contact with the powder; A compaction step (S3) of the powder bath including the roughing of the part; then A heat treatment step (S4) of the blank of the part at a temperature between Tg+10°C and Tg+90°C, where Tg is the glass transition temperature of the polymeric material, to obtain the part in polymeric material Figure for abstract: Fig. 4
Description
L’invention concerne le domaine des procédés de fabrication de pièces étanches et isotropes en matériau polymérique.The invention relates to the field of manufacturing processes for waterproof and isotropic parts made of polymeric material.
Les procédés de fabrication additive permettent un gain de temps important dans la fabrication de pièces aux géométries complexes. En effet, ces procédés permettent de créer des pièces ayant directement les dimensions choisies, et cela même pour des géométries qui rendraient des procédés de moulage difficilement envisageables.Additive manufacturing processes allow significant time savings in the manufacturing of parts with complex geometries. Indeed, these processes make it possible to create parts directly having the chosen dimensions, even for geometries which would make molding processes difficult to envisage.
Parmi les procédés de fabrication additive, le dépôt de fil fondu (ou FFF pour l’acronyme anglais « Fused Filament Fabrication ») est particulièrement utilisé pour les pièces en matériau polymérique.Among additive manufacturing processes, fused filament deposition (or FFF for the acronym “Fused Filament Fabrication”) is particularly used for parts made of polymeric material.
Dans ce mode de réalisation, la pièce souhaitée est obtenue par des dépôts successifs de filaments en matériau polymérique, les uns à côté des autres. La structure tridimensionnelle de la pièce est quant à elle obtenue en déposant des filaments les uns sur les autres jusqu’à obtenir une pièce de l’épaisseur souhaitée.In this embodiment, the desired part is obtained by successive deposits of filaments of polymeric material, one next to the other. The three-dimensional structure of the part is obtained by placing filaments on top of each other until a part of the desired thickness is obtained.
Cette méthode de fabrication offre divers avantages. En particulier, il s’agit d’une méthode de fabrication additive où la matière constitutive de la pièce est déposée uniquement là où cela est nécessaire. Il en résulte très peu de pertes de matière et donc des coûts réduits. De plus, la pièce obtenue par de tels procédés peut l’être directement aux dimensions souhaitées. Il en résulte un procédé qui ne nécessite pas d’usinage final et qui permet d’accéder simplement à des géométries complexes.This manufacturing method offers various advantages. In particular, it is an additive manufacturing method where the material constituting the part is deposited only where it is necessary. This results in very little material loss and therefore reduced costs. In addition, the part obtained by such processes can be produced directly to the desired dimensions. The result is a process that does not require final machining and allows simple access to complex geometries.
Toutefois, malgré ces avantages, toutes les pièces en matériau polymérique ne peuvent pas être obtenues par ce procédé. Ce procédé ne peut pas être utilisé pour obtenir des pièces étanches et/ou des pièces isotropes. En effet, l’empilement de filaments en matériau polymérique ainsi créé comprend des cavités entre les filaments dans la direction parallèle aux filaments déposés. Ces cavités forment une porosité et la pièce obtenue n’est donc pas étanche. En outre, les propriétés mécaniques d’une pièce ainsi obtenues sont anisotropes, c’est-à-dire que le comportement mécanique de la pièce est différent selon qu’elle est sollicitée dans la direction des filaments ou perpendiculairement à celle-ci.However, despite these advantages, not all parts made of polymeric material can be obtained by this process. This process cannot be used to obtain waterproof parts and/or isotropic parts. In fact, the stack of filaments of polymeric material thus created includes cavities between the filaments in the direction parallel to the deposited filaments. These cavities form porosity and the part obtained is therefore not waterproof. In addition, the mechanical properties of a part thus obtained are anisotropic, that is to say that the mechanical behavior of the part is different depending on whether it is stressed in the direction of the filaments or perpendicular to it.
Par conséquent, les pièces pour lesquelles il est attendu un comportement isotrope ou une étanchéité ne peuvent pas être obtenues par dépôt de fil fondu, et doivent être obtenues par des procédés plus complexes.Therefore, parts for which isotropic behavior or tightness is expected cannot be obtained by fused wire deposition, and must be obtained by more complex processes.
Il serait souhaitable de disposer d’un procédé permettant d’obtenir les mêmes avantages qu’un procédé de dépôt de fil fondu mais permettant aussi l’obtention de pièces étanches ayant de plus un comportement mécanique isotrope.It would be desirable to have a process that makes it possible to obtain the same advantages as a fused wire deposition process but also makes it possible to obtain waterproof parts which also have isotropic mechanical behavior.
L’invention vise précisément à répondre à ce besoin.The invention aims precisely to meet this need.
Pour cela, l’invention propose un procédé de fabrication d’une pièce en matériau polymérique comprenant au moins les étapes suivantes :For this, the invention proposes a method of manufacturing a part made of polymeric material comprising at least the following steps:
- Une étape de fabrication d’une ébauche de la pièce par un procédé de dépôt de fil fondu, l’ébauche de la pièce comprenant une pluralité de filaments dudit matériau polymérique ;- A step of manufacturing a blank of the part by a fused wire deposition process, the blank of the part comprising a plurality of filaments of said polymeric material;
- Une étape d’introduction de l’ébauche de la pièce dans un bain de poudre, de sorte que l’ensemble des surfaces externes de l’ébauche de la pièce soit au contact de poudre ;- A step of introducing the blank of the part into a powder bath, so that all of the external surfaces of the blank of the part are in contact with the powder;
- Une étape de compactage du bain de poudre comprenant l’ébauche de la pièce ; puis- A stage of compacting the powder bath including the roughing of the part; Then
- Une étape de traitement thermique de l’ébauche de la pièce à une température comprise entre Tg+10°C et Tg+90°C, où Tg est la température de transition vitreuse du matériau polymérique pour obtenir la pièce en matériau polymérique.- A step of heat treatment of the blank of the part at a temperature between Tg+10°C and Tg+90°C, where Tg is the glass transition temperature of the polymeric material to obtain the part in polymeric material.
L’ébauche de la pièce doit s’entendre comme ayant la composition et la forme souhaitées pour la pièce finale. Toutefois, l’ébauche peut avoir des dimensions légèrement plus grandes que la pièce souhaitée. En effet, l’étape de traitement thermique peut occasionner une diminution des dimensions de la pièce, par diminution de la porosité interne de la pièce ainsi qu’il sera décrit ci-après.The draft of the part must be understood as having the composition and shape desired for the final part. However, the blank may have dimensions slightly larger than the desired part. Indeed, the heat treatment step can cause a reduction in the dimensions of the part, by reducing the internal porosity of the part as will be described below.
Par exemple, l’ébauche de la pièce peut avoir des dimensions jusque 10% plus grandes que la pièce souhaitée, dans chacune des trois dimensions de l’espace.For example, the blank of the part can have dimensions up to 10% larger than the desired part, in each of the three dimensions of space.
Le procédé de l’invention permet d’obtenir simplement une pièce directement à la géométrie souhaitée. Toutefois, les pièces obtenues sont dénuées des désavantages habituellement associés aux pièces obtenues par une méthode de dépôt de fil fondu. En particulier, les pièces ainsi obtenues sont isotropes et étanches aux gaz et aux liquides. L’étanchéité aux gaz s’entend en particulier pour des gaz à une pression inférieure ou égale à 4 bars, appliquée pendant une durée inférieure ou égale à 5 minutes.The method of the invention makes it possible to simply obtain a part directly with the desired geometry. However, the parts obtained are devoid of the disadvantages usually associated with parts obtained by a fused wire deposition method. In particular, the parts thus obtained are isotropic and tight to gases and liquids. Gas tightness means in particular gases at a pressure less than or equal to 4 bars, applied for a duration less than or equal to 5 minutes.
En effet, l’étape de traitement thermique à une température supérieure à la température de transition vitreuse du matériau polymérique permet une réorganisation de la matière constitutive de l’ébauche de la pièce. Le traitement thermique permet en effet aux filaments constitutifs de l’ébauche de la pièce d’acquérir une certaine viscosité et ainsi de perdre leur forme initiale et de remplir la porosité de l’ébauche. Toutefois, la température du traitement thermique n’est pas suffisamment élevée pour dénaturer le matériau polymérique.Indeed, the heat treatment step at a temperature higher than the glass transition temperature of the polymeric material allows a reorganization of the material constituting the blank of the part. The heat treatment allows the filaments constituting the blank of the part to acquire a certain viscosity and thus lose their initial shape and fill the porosity of the blank. However, the heat treatment temperature is not high enough to denature the polymeric material.
Malgré la viscosité acquise par l’ébauche au cours du traitement thermique, la forme qu’avait l’ébauche de la pièce est conservée grâce au bain de poudre compacté autour de l’ébauche avant le traitement thermique. Les propriétés des particules du bain de poudre ne varient pas avec la température et la forme particulière obtenue simplement grâce au procédé de dépôt de fil fondu est conservée tout au long du traitement thermique. Le bain de poudre compacté autour de l’ébauche agit comme un moule spécifiquement obtenu pour l’ébauche de la pièce.Despite the viscosity acquired by the blank during the heat treatment, the shape that the blank of the part had is preserved thanks to the powder bath compacted around the blank before the heat treatment. The properties of the powder bath particles do not vary with temperature and the particular shape obtained simply through the fused wire deposition process is retained throughout the heat treatment. The powder bath compacted around the blank acts as a mold specifically obtained for the roughing of the part.
Le procédé permet d’obtenir les avantages d’une pièce en matériau polymérique dont la géométrie est obtenue aussi simplement qu’avec un procédé de dépôt en fil fondu, mais la pièce finale ne présente ni la porosité ni l’anisotropie habituellement associées aux pièces obtenues par dépôt de fil fondu.The process achieves the advantages of a part made of polymeric material whose geometry is obtained as simply as with a fused wire deposition process, but the final part exhibits neither the porosity nor the anisotropy usually associated with parts obtained by molten wire deposition.
Dans un mode de réalisation, le matériau polymérique peut comprend un poly-éther-imide, un polyétheréthercétone, un polyéthercétonecétone, un polyimide thermoplastique ou un mélange de plusieurs composés choisis parmi une ou plusieurs de ces familles.In one embodiment, the polymeric material may comprise a poly-ether-imide, a polyetheretherketone, a polyetherketoneketone, a thermoplastic polyimide or a mixture of several compounds chosen from one or more of these families.
Dans un mode de réalisation, les particules du bain de poudre sont solubles dans l’eau.In one embodiment, the particles in the powder bath are soluble in water.
Ce mode de réalisation permet d’assurer une élimination simplifiée des particules éventuellement attachées à la pièce lorsqu’elle est retirée du bain de poudre. En effet, même si une partie de la poudre reste au contact de la pièce, par exemple du fait de l’étape de compactage, un simple rinçage à l’eau permet d’enlever la poudre attachée à la pièce, et d’éviter ainsi toute contamination de la pièce par la poudre.This embodiment ensures simplified elimination of particles possibly attached to the part when it is removed from the powder bath. Indeed, even if part of the powder remains in contact with the part, for example due to the compaction step, a simple rinse with water makes it possible to remove the powder attached to the part, and to avoid thus any contamination of the part by the powder.
Dans un mode de réalisation, les particules du bain de poudre peuvent comprendre voire être constituées de chlorure de sodium. Le chlorure de sodium est une alternative largement disponible, soluble dans l’eau, qui permet donc de mettre en œuvre très simplement le procédé de l’invention à moindre coûts. En outre, le chlorure de sodium présente l’avantage de ne pas se dégrader aux températures du traitement thermique. Egalement, le chlorure de sodium ne réagit pas chimiquement avec les matériaux polymériques et cela même aux températures du traitement thermique. De plus, puisqu’il ne réagit pas, ni avec la pièce ni avec lui-même, la majorité du bain de poudre pourra être réutilisée à l’issue du procédé.In one embodiment, the particles in the powder bath may comprise or even consist of sodium chloride. Sodium chloride is a widely available alternative, soluble in water, which therefore makes it possible to implement the process of the invention very simply at lower costs. In addition, sodium chloride has the advantage of not degrading at heat treatment temperatures. Also, sodium chloride does not react chemically with polymeric materials, even at heat treatment temperatures. In addition, since it does not react, either with the part or with itself, the majority of the powder bath can be reused at the end of the process.
Dans un mode de réalisation, la granulométrie moyenne des particules du bain de poudre peut être inférieure ou égale à 100 µm.In one embodiment, the average particle size of the powder bath particles may be less than or equal to 100 μm.
Dans un mode de réalisation, la granulométrie moyenne des particules du bain de poudre peut être inférieure ou égale à 50 µm.In one embodiment, the average particle size of the particles in the powder bath may be less than or equal to 50 μm.
La granulométrie d’une poudre doit s’entendre comme la dimension donnée par la distribution granulométrique statistique à la moitié de la population, dite également d50.The particle size of a powder must be understood as the dimension given by the statistical particle size distribution at half of the population, also called d50.
La granulométrie de la poudre utilisée peut avoir un effet sur la rugosité de la pièce obtenue à la fin du procédé et permet également de conserver les détails de la géométrie de la pièce. La granulométrie indiquée ci-dessus est préférée puisqu’elle permet donc de conserver des détails d’une échelle comparable à ce qu’il est possible de réaliser avec un procédé de dépôt de fil fondu. En effet, une poudre suffisamment fine permet une meilleure compaction de celle-ci, ce qui lui permet de bien prendre la forme de la pièce. Dans un mode de réalisation, la granulométrie moyenne est plus faible que la hauteur d’un filament fondu, ce qui lui permet d’envelopper de façon optimale la pièce, sans laisser de zones vides.The particle size of the powder used can have an effect on the roughness of the part obtained at the end of the process and also helps maintain the details of the geometry of the part. The particle size indicated above is preferred since it therefore makes it possible to maintain details on a scale comparable to what is possible with a fused wire deposition process. Indeed, a sufficiently fine powder allows for better compaction, which allows it to take the shape of the part. In one embodiment, the average particle size is lower than the height of a molten filament, which allows it to optimally wrap the part, without leaving empty areas.
Dans un mode de réalisation, le procédé peut comprendre une étape de séchage de la poudre et/ou de l’ébauche de la pièce avant l’introduction de l’ébauche de la pièce dans le bain de poudre.In one embodiment, the method may include a step of drying the powder and/or the blank of the part before introducing the blank of the part into the powder bath.
Une telle étape de séchage, réalisée à une température inférieure à la température de transition vitreuse du matériau polymérique de l’ébauche, permet d’éliminer toute trace d’eau. Cette étape permet ainsi d’éviter que l’eau éventuellement présente se vaporise lors de l’étape de traitement thermique du procédé et qu’elle crée des porosités en se vaporisant qui subsisteraient dans la pièce finie.Such a drying step, carried out at a temperature below the glass transition temperature of the polymeric material of the blank, makes it possible to eliminate all traces of water. This step thus prevents any water present from vaporizing during the heat treatment stage of the process and from creating porosities by vaporizing which would remain in the finished part.
Dans un mode de réalisation, l’étape de traitement thermique peut être réalisée en maintenant le bain de poudre et l’ébauche de la pièce sous pression.In one embodiment, the heat treatment step can be carried out by maintaining the powder bath and the blank of the part under pressure.
Maintenir le bain de poudre sous pression au cours du traitement thermique permet d’assurer une encore meilleure conservation de la forme de l’ébauche de la pièce lors du traitement thermique et de maîtriser le retrait éventuel. En outre, cela permet d’assurer une densité homogène de la poudre autour de la pièce, ce qui assure en conséquence une conduction thermique plus homogène de la pièce et réduit le risque de voir apparaître des zones plus chaudes ou plus froides que d’autres au cours de l’étape de traitement thermique ultérieure.Maintaining the powder bath under pressure during heat treatment ensures even better conservation of the shape of the part blank during heat treatment and controls possible shrinkage. In addition, this ensures a uniform density of the powder around the part, which consequently ensures more homogeneous thermal conduction of the part and reduces the risk of areas appearing hotter or colder than others. during the subsequent heat treatment step.
Dans un mode de réalisation, le procédé peut comprendre en outre une étape d’extraction de la pièce du bain de poudre éventuellement suivi d’un dépoudrage de la pièce.In one embodiment, the method may further comprise a step of extracting the part from the powder bath possibly followed by depowdering of the part.
Ces étapes permettent d’assurer que la pièce ne comprend plus de traces de la poudre qui pourrait s’être attachée à la pièce lors du compactage ou du traitement thermique.These steps ensure that the part no longer includes traces of powder that may have attached to the part during compaction or heat treatment.
Par exemple, l’étape de dépoudrage peut être réalisée par vibration ou par rinçage à l’eau des surfaces de la pièce.For example, the powder removal step can be carried out by vibration or by rinsing the surfaces of the part with water.
Dans un mode de réalisation, la pièce ainsi obtenue est une pièce structurale ou un conduit d’air par exemple un conduit de gaz ou de liquide.In one embodiment, the part thus obtained is a structural part or an air duct, for example a gas or liquid duct.
L’invention est à présent décrite au moyen de figures illustrant certains modes de réalisation particuliers. Ces modes de réalisation sont présents à vocation illustrative et ne doivent pas être considérés comme limitant l’invention.The invention is now described by means of figures illustrating certain particular embodiments. These embodiments are presented for illustrative purposes and should not be considered as limiting the invention.
La
Le procédé comprend, une première étape S1 de fabrication d’une ébauche de la pièce par un procédé de dépôt de fil fondu.The method comprises a first step S1 of manufacturing a blank of the part by a fused wire deposition process.
Comme décrit plus haut, l’ébauche est composée du même matériau que la pièce souhaitée et sa forme est également très proche de la pièce finale. Toutefois, l’ébauche, obtenue par dépôt de fil fondu, est poreuse. La
La géométrie de l’ébauche 10 est extrêmement schématisée, et n’est pas limitative de la géométrie finale d’une pièce pouvant être obtenue par le procédé.The geometry of the blank 10 is extremely schematized, and is not limiting to the final geometry of a part that can be obtained by the process.
Le procédé comprend, après l’étape S1, une étape S2, au cours de laquelle l’ébauche 10 de la pièce est introduire dans un bain d’une poudre. L’étape S2 est représentée en
Les particules 15 peuvent par exemple être choisies parmi des particules de sel, de plâtre, de ciment, de sable ou de quartz.The particles 15 can for example be chosen from particles of salt, plaster, cement, sand or quartz.
De préférence, les particules sont des particules de chlorure de sodium, aussi dit de sel. En effet, ces particules présentent de nombreux avantages, notamment en termes de coûts, de réutilisabilité ou de facilité d’élimination des résidus. Le sel peut en effet facilement être éliminé par un rinçage à l’eau, ce qui assure qu’aucune particule ne subsiste une fois la pièce finie, et en particulier qu’aucune particule ne puisse être relâchée au cours de l’utilisation de la pièce finale.Preferably, the particles are particles of sodium chloride, also known as salt. Indeed, these particles have numerous advantages, particularly in terms of costs, reusability or ease of disposal of residues. The salt can in fact easily be removed by rinsing with water, which ensures that no particles remain once the part is finished, and in particular that no particles can be released during use of the final piece.
La granulométrie des particules 15 définie approximativement la résolution des motifs qui pourront être conservés à la surface des pièces, lorsque les particules 15 seront comprimées autour l’ébauche 10. La granulométrie des particules 15 de la poudre peut donc être choisie en fonction de la géométrie exacte de la pièce, en assurant toutefois qu’elle soit plus petite que la hauteur des filaments 11 de l’ébauche 10, et qu’elle supporte bien le compactage.The particle size of the particles 15 approximately defines the resolution of the patterns which can be preserved on the surface of the parts, when the particles 15 are compressed around the blank 10. The particle size of the particles 15 of the powder can therefore be chosen according to the geometry exact of the part, ensuring however that it is smaller than the height of the filaments 11 of the blank 10, and that it supports compaction well.
Par exemple, pour la réalisation de l’étape S2, des particules 15 peuvent être présentes dans le fond d’une enceinte 14. L’ébauche 10 peut être placée dans l’enceinte 14 comprenant les particules 15, et le bain de poudre peut être complété par d’autres particules 15 de poudre jusqu’à ce que l’enceinte 14 soit remplie et que la poudre recouvre l’ébauche 10.For example, to carry out step S2, particles 15 can be present in the bottom of an enclosure 14. The blank 10 can be placed in the enclosure 14 comprising the particles 15, and the powder bath can be supplemented by other particles 15 of powder until the enclosure 14 is filled and the powder covers the blank 10.
Les particules 15 de la poudre sont choisies de sorte qu’elles ne soient pas réactives avec l’ébauche 10. La poudre est de préférence choisie pour ne pas être réactive avec elle-même aux températures souhaitées pour le traitement thermique ultérieur.The particles 15 of the powder are chosen so that they are not reactive with the blank 10. The powder is preferably chosen not to be reactive with itself at the desired temperatures for the subsequent heat treatment.
En effet, la poudre n’est pas consommée au cours du procédé, et si elle n’est pas non plus contaminée par l’ébauche ou par une quelconque réaction au cours du procédé, elle peut être réutilisée après avoir servi à un procédé de l’invention.In fact, the powder is not consumed during the process, and if it is not contaminated by the blank or by any reaction during the process, it can be reused after having been used in a processing process. the invention.
De manière facultative, une étape S12 de séchage de la poudre et/ou de l’ébauche 10 peut être réalisée après l’étape S2 et avant l’étape S3 de sorte à éliminer toute trace d’eau. Par exemple, l’étape S12 de séchage peut être réalisée par chauffage à une température inférieure à la température de transition vitreuse Tg du matériau polymérique constitutif des filaments 11 de l’ébauche 10. L’étape S12, facultative, et représentée en pointillés sur la
Le procédé comprend après l’étape S2, et le cas échéant après l’étape S12, une étape S3 de compactage de la poudre. La
Comme détaillé plus haut, l’étape S3 de compactage peut être réalisée sous pression, par exemple en déposant une masse uniforme sur l’ébauche 10.As detailed above, the compaction step S3 can be carried out under pressure, for example by depositing a uniform mass on the blank 10.
Cette étape permet de former autour de l’ébauche 10 un agglomérat de particules 15 compact qui fonctionnera comme un moule et permettra à l’ébauche 10 de conserver sa géométrie au moment du traitement thermique.This step makes it possible to form around the blank 10 a compact agglomerate of particles 15 which will function like a mold and will allow the blank 10 to retain its geometry at the time of heat treatment.
Après l’étape S3 de compactage de la poudre, une étape S4 de traitement thermique de l’ébauche 10 est réalisée. Ce traitement thermique a lieu à une température comprise entre Tg+10°C et Tg+90°C, où Tg est la température de transition vitreuse du matériau polymérique de l’ébauche 10. La
Puisque le traitement thermique est réalisé à une température supérieure à la température de transition vitreuse du matériau polymérique de l’ébauche 10, le matériau polymérique acquiert une certaine viscosité. Cette viscosité lui permet de combler les canaux de porosité 12 initialement présents entre les filaments 11 de l’ébauche 10. Comme représenté en
Cette diminution est toutefois prévisible puisqu’elle correspond au comblement de la porosité de l’ébauche 10. Ainsi, pour obtenir une pièce 40 aux dimensions souhaitées, il est possible de prévoir une ébauche 10 légèrement plus grande que la pièce 40 souhaitée.This reduction is however predictable since it corresponds to the filling of the porosity of the blank 10. Thus, to obtain a part 40 with the desired dimensions, it is possible to provide a blank 10 slightly larger than the desired part 40.
Egalement, le traitement thermique S4 permet d’obtenir une pièce compacte 40 dans laquelle les filaments 11 ne sont plus présents sous cette forme. En particulier, la viscosité acquise par le matériau polymérique au cours du traitement thermique S4 permet un certain réarrangement de la matière et permet ainsi à la pièce 40 de perdre l’anisotropie importante qu’avait l’ébauche du fait de l’orientation particulière des filaments 11. Il est également observé que les pièces ainsi obtenues ont une meilleure résistance mécanique, caractérisée par une contrainte maximale à rupture supérieure d’au moins 10%, voire de 25% par rapport à des matériaux obtenus classiquement par dépôt de filament fondu.Also, the S4 heat treatment makes it possible to obtain a compact part 40 in which the filaments 11 are no longer present in this form. In particular, the viscosity acquired by the polymeric material during the heat treatment S4 allows a certain rearrangement of the material and thus allows the part 40 to lose the significant anisotropy that the blank had due to the particular orientation of the filaments 11. It is also observed that the parts thus obtained have better mechanical strength, characterized by a maximum breaking stress higher by at least 10%, or even 25% compared to materials conventionally obtained by fused filament deposition.
Dans certains modes de réalisation, afin d’assurer que la diminution de dimension entre l’ébauche 10 et la pièce 40 soit encore mieux contrôlée, il est possible d’appliquer une pression constante, par exemple dans une direction choisie, tout au long de l’étape S4.In certain embodiments, in order to ensure that the reduction in dimension between the blank 10 and the part 40 is even better controlled, it is possible to apply a constant pressure, for example in a chosen direction, throughout. step S4.
Cette contrainte supplémentaire appliquée à la poudre permet également de choisir plus précisément dans quelle direction peut avoir lieu la contraction de la pièce 40 et facilite encore davantage le choix de la forme de l’ébauche qui permettra d’obtenir la pièce finale souhaitée.This additional constraint applied to the powder also makes it possible to choose more precisely in which direction the contraction of the part 40 can take place and further facilitates the choice of the shape of the blank which will make it possible to obtain the desired final part.
Dans un mode de réalisation, le traitement thermique S4 peut comprendre une étape de chauffage, une étape de maintien en température et une étape de refroidissement.In one embodiment, the heat treatment S4 may comprise a heating step, a temperature maintenance step and a cooling step.
Par exemple, l’étape de chauffage peut avoir une durée supérieure à 30 minutes, par exemple comprise entre 30 minutes et 120 minutes, voire comprise entre 60 minutes et 90 minutes.For example, the heating step can have a duration greater than 30 minutes, for example between 30 minutes and 120 minutes, or even between 60 minutes and 90 minutes.
Par exemple, l’étape de maintien en température peut avoir une durée supérieure à 30 minutes, par exemple comprise entre 15 minutes et 90 minutes, voire entre 30 minutes et 60 minutes.For example, the temperature maintenance step can have a duration greater than 30 minutes, for example between 15 minutes and 90 minutes, or even between 30 minutes and 60 minutes.
Par exemple, l’étape de refroidissement peut avoir une durée supérieure à 30 minutes, par exemple comprise entre 90 minutes et 150 minutes.For example, the cooling step can last longer than 30 minutes, for example between 90 minutes and 150 minutes.
Le procédé peut comprendre, après l’étape S4, une étape S5 facultative de retrait de la poudre afin de débarrasser la pièce 40 de particules 15 de la poudre qui lui ont éventuellement été attachées par compression.The method may include, after step S4, an optional step S5 of removing the powder in order to rid the part 40 of particles 15 of the powder which may have been attached to it by compression.
Cette étape S5 peut être réalisée par rinçage de la pièce, ou en secouant la pièce 40, par exemple au moyen d’un système vibrant.This step S5 can be carried out by rinsing the part, or by shaking the part 40, for example using a vibrating system.
Dans un mode de réalisation, la pièce finale 40 peut être étanche aux gaz et aux fluides.In one embodiment, the final part 40 may be gas and fluid tight.
Les figures 6 et 7 représentent des photographies de deux pièces 101, 102 vues en coupe et obtenues par un procédé de fabrication par dépôt de fil fondu. Les pièces 101 et 102 vont être utilisées comme ébauches pour un procédé tel qu’il a été décrit ci-dessus.Figures 6 and 7 represent photographs of two parts 101, 102 seen in section and obtained by a manufacturing process by fused wire deposition. Parts 101 and 102 will be used as blanks for a process as described above.
Sur les figures 6 et 7, les canaux 12 apparaissent distinctement, et la forme des filaments 11 déposés par fabrication additives sont également visibles.In Figures 6 and 7, the channels 12 appear distinctly, and the shape of the filaments 11 deposited by additive manufacturing are also visible.
Les deux pièces 101 et 102 sont composées de filaments de poly-étherimide, disponibles sous la référence commerciale Ultem 1010, dont la température de transition vitreuse est de 215°C.The two parts 101 and 102 are composed of polyetherimide filaments, available under the commercial reference Ultem 1010, whose glass transition temperature is 215°C.
Dans le cas particulier du procédé appliqué aux deux pièces 101 et 102 de cet exemple, le bain de poudre choisi était composé de particules de chlorure de sodium dont la granulométrie était inférieure à 100 µm.In the particular case of the process applied to the two parts 101 and 102 of this example, the powder bath chosen was composed of sodium chloride particles whose particle size was less than 100 µm.
L’étape de compactage de la poudre est réalisée par application d’une plaque lestée sur la matrice.The powder compaction step is carried out by applying a weighted plate to the matrix.
Le traitement thermique est réalisé à une température de 280 °C et dure entre 5 heures et 6 heures.The heat treatment is carried out at a temperature of 280°C and lasts between 5 and 6 hours.
Les figures 8 et 9 montrent respectivement les pièces 111 et 112, obtenues à la fin du procédé.Figures 8 and 9 respectively show parts 111 and 112, obtained at the end of the process.
Il peut être observé sur les figures 8 et 9 que l’architecture des pièces en filaments 11 et canaux poreux 12 n’est plus observables après la réalisation d’un procédé de l’invention. Il résulte de cette disparition des canaux de porosité et des filaments qui se sont réorganisés au cours du traitement thermique, des pièces présentent des propriétés mécaniques plus isotropes que les pièces 101 et 102.It can be observed in Figures 8 and 9 that the architecture of the parts made of filaments 11 and porous channels 12 is no longer observable after carrying out a process of the invention. As a result of this disappearance of the porosity channels and the filaments which were reorganized during the heat treatment, parts have more isotropic mechanical properties than parts 101 and 102.
L’étanchéité des pièces 101, 102, 111 et 112 est également testée. Pour cela, les pièces sont placées dans une cuve d’eau. Un côté de la pièce est placé sous une pression donnée d’air comprimé. Si le gaz comprimé parvient à traverser la pièce, des bulles sont observées dans la cuve et la pièce est considérée comme non-étanche. Dans le cas contraire, c’est-à-dire s’il n’est pas observé de fuite la pression appliquée à la pièce est augmentée.The tightness of parts 101, 102, 111 and 112 is also tested. To do this, the pieces are placed in a tank of water. One side of the part is placed under a given pressure of compressed air. If the compressed gas manages to pass through the room, bubbles are observed in the tank and the room is considered leaky. Otherwise, that is to say if no leak is observed, the pressure applied to the part is increased.
Les pièces 101 et 102 montrent des fuites, dès une pression d’air comprimé de 0,1 bar. En revanche, les pièces 111 et 112 ne montrent pas de signes de fuites, même après 5 minutes sous une pression d’air comprimé de 4 bars.Parts 101 and 102 show leaks from a compressed air pressure of 0.1 bar. On the other hand, parts 111 and 112 do not show signs of leaks, even after 5 minutes under a compressed air pressure of 4 bars.
Le procédé permet donc d’obtenir des pièces étanches en matériau polymérique à partir d’ébauches obtenues par fabrication additive, en particulier de dépôt de fil fondu.The process therefore makes it possible to obtain waterproof parts made of polymeric material from blanks obtained by additive manufacturing, in particular fused wire deposition.
Claims (6)
- Une étape de fabrication (S1) d’une ébauche (10) de la pièce par un procédé de dépôt de fil fondu, l’ébauche de la pièce comprenant une pluralité de filaments (11) dudit matériau polymérique ;
- Une étape d’introduction (S2) l’ébauche de la pièce dans un bain de poudre, de sorte que l’ensemble des surfaces externes de l’ébauche de la pièce soit au contact de la poudre ;
- Une étape de compactage (S3) du bain de poudre comprenant l’ébauche de la pièce ; puis
- Une étape de traitement thermique (S4) de l’ébauche de la pièce à une température comprise entre Tg+10°C et Tg+90°C, où Tg est la température de transition vitreuse du matériau polymérique, pour obtenir la pièce en matériau polymérique.
- A step of manufacturing (S1) a blank (10) of the part by a fused wire deposition process, the blank of the part comprising a plurality of filaments (11) of said polymeric material;
- A step of introducing (S2) the blank of the part into a powder bath, so that all of the external surfaces of the blank of the part are in contact with the powder;
- A compaction step (S3) of the powder bath comprising the roughing of the part; Then
- A heat treatment step (S4) of the blank of the part at a temperature between Tg+10°C and Tg+90°C, where Tg is the glass transition temperature of the polymeric material, to obtain the part made of material polymeric.
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2022
- 2022-04-08 FR FR2203238A patent/FR3134335B1/en active Active
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